微观粒子能量量子化
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• •倪行: 《物质结构学习指导》，科学出版社， 1999年。
• •江元生，《结构化学》，高等教育出版社， 1997年。
• 第一章 量子化学基础知识 • 第一节 微观粒子的运动特征 • 一、经典物理学遇到了难题 • 19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相
当完善：
• ◆Newton力学 • ◆Maxwell电磁场理论 • ◆Gibbs热力学 • ◆Boltzmann统计物理学 • 上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现
了解释不了的新现象
1、黑体辐射和能量量子化 ⑴ 黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种 波长辐射的物体。 • 带有一微孔的空心金属球，非常接近于黑体， 进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射、 使射入的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热 时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸 出。
• 黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体。 ⑵ 一个吸收全部入射线的表面称为黑体表面。
一个带小孔的空腔可视为黑体表面。它几乎完全 吸收入射幅射。通过小孔进去的光线碰到内表面
•时 吸 机一 一部 收 会个个分 和 再吸带吸部从收分小收小，漫孔全孔部反中部的分 射 出入空漫 来…射腔反 。…射线可，，的视只反表为有射很面黑光小线称体部再为表分次黑面入被体射。部光表分它有面几。 乎完全吸收入射幅射。通过小孔进去的光 线碰到内表面时部分吸收，部分漫反射， 反射光线再次被部分吸收和部分漫反 射……, 只有很小部分入射光有机会再从小 孔中出来。如图1-1所示。
波长间隔上发
射的功率曲
Wien（维恩）曲线
Rayleigh-Jeans（瑞 利－金斯）曲线
线。十九世纪
末，科学家们
对黑体辐射实
验进行了仔细 测量，发现辐 实验曲线
射强度对腔壁
温度 T黑的体依辐赖射能量分布曲线
波长
关系。
• 经典理论无论如何也得不出这种有极大值的曲 线。
• ⑸ 能量量子化–1900 Planck：
⑶黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长 电磁波的现象。
⑷ 经典理论与实验事实间的矛盾： 经典电磁理论假定，黑体辐射是由黑体中
带电粒子的振动发出的，按经典热力学和统计 力学理论，计算所得的黑体辐射能量随波长变 化的分布曲线，与实验所得曲线明显不符。
• 黑体辐射实验结果
右图表示
在四种不同的
温度下，黑体 单位能面量积单位
• 黑体辐射能量做简谐振动，只发射或吸收频率 为ν ν、数值为ε= h ν的整数倍的电磁能，发 射能量可以等于0 h ν，1 h ν，2 h ν，…， n h ν（n为整数）。
• 黑体辐射频率为ν的能量，其数值是不连续的， 只能是hv的整数倍即能量量子化。
• h为新的物理常数，后人称为普朗克常数 （h=6.626×10-34J·s），这一创造性的工 作使他成为量子理论的奠基者，在物理学发展 史上具有划时代的意义。他第一次提出辐射能 量的不连续性，著名科学家爱因斯坦接受并补 充了这一理论，以此发展自己的相对论，波尔 也曾用这一理论解释原子结构。量子假说使普 朗克获得1918年诺贝尔物理奖。
• •卡尔(1918～)
• 美国物理化学家50年代初豪普特曼与卡尔合 作开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的 直接计算法，为分子晶体结构测定作出了开创 性的贡献，于1985年获奖。
• 5、结构化学学习方法 • ⑴ 3+2+1原则
–3种理论：量子理论，化学键理论，点阵理 论
–3种结构：原子结构，分子结构，晶体结构 –3个基础：量子化学基础，对称性原理基础，
• ★当我们从自然界或实验室获得一种新的化学 物质时，首要的任务是测定它们的详尽结构。 结构化学还为我们分析化学物质的性质并进而 进行人工合成打下基础。
• 4、Nobel Prizes ---in structural chemistry
• •维兰德(1877～1957)
• 德国化学家1924年测定了胆酸及多种同类物 质的化学结构，于1927年获奖。胆酸存在于 动物胆汁中，在人体内帮助油脂的水解和吸收， 降低血液中胆固醇含量。
结晶化学基础
–2个因素：电子因素，空间因素 –1条主线：结构决定性能，性能反映结构 • ⑵ 理解为主，记忆为辅（预习---复习---总 结)
• ⑶具体方法 • 认真做好课堂笔记，为掌握知识奠定基础。 • 尽可能不缺课，保持学习的系统性。 • 6、教学安排 • 60学时，3学分。
–评定成绩办法: 总评成绩= 期末考×80% + 平时成绩×20%
–讲授办法：授课+ 自学 • 考试方式：闭卷。
• 7、教材和参考书目
• •周公度、段连运：《结构化学基础》，北京大 学出版社，2008年，第四版。
• •徐光宪、王祥云：《物质结构》，高等教育出 版社，1987年，第二版。
• •潘道皑、赵成大和郑载兴：《物质结构》，高 等教育出版社，1989年，第二版．
结构化学
内蒙古民族大学大学化学化工学院
• 绪论
• 1、结构化学
• 用化学手段和方法研究物质结构的科学称为结 构化学，又叫物质结构。
wk.baidu.com• 2、研究对象
• 结构化学是研究原子、分子和晶体的微观结构， 研究原子和分子运动规律，研究物质的结构和 性能关系的科学。
• 3、结构化学的作用
• ★1998年诺贝尔化学奖获得者Kohn和 Pople认为：“量子化学已经发展成为广大化 学家所使用的工具，将化学带入一个新时代， 在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨 分子体系的性质。化学不再是纯粹的“实验科 学”了。
• • D.霍奇金(1910～1994)
• 英国女化学家1933至1956年用X射线衍射 法测定了胆固醇、维生素B12、青霉素等生物 化学物质的分子结构。于1964年获奖。
• • chemistry赫兹伯格(1904～1999)
• 加拿大物理化学家1928至1971年运用光谱 学阐明了多种分子的电子结构与运动，特别是 在自由基的研究中取得了卓越成就，促进了物 理化学、量子化学、天体物理学的发展。于 1971年获奖。
• •H.费舍尔(1881～1945)
• 德国化学家1921至1929年测定了血红素结 构，指出血红素参与生物体内氧的输送； 1927至1939年确定了叶绿素的分子结构。 于1930年获奖。
• •德拜(1884～1966)
• 美国物理化学家1914年将X射线衍射技术用 于测定化合物晶体的分子结构。此法的推广和 应用，大大促进了结构化学的发展。于1936 年获奖。
• •江元生，《结构化学》，高等教育出版社， 1997年。
• 第一章 量子化学基础知识 • 第一节 微观粒子的运动特征 • 一、经典物理学遇到了难题 • 19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相
当完善：
• ◆Newton力学 • ◆Maxwell电磁场理论 • ◆Gibbs热力学 • ◆Boltzmann统计物理学 • 上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现
了解释不了的新现象
1、黑体辐射和能量量子化 ⑴ 黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种 波长辐射的物体。 • 带有一微孔的空心金属球，非常接近于黑体， 进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射、 使射入的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热 时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸 出。
• 黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体。 ⑵ 一个吸收全部入射线的表面称为黑体表面。
一个带小孔的空腔可视为黑体表面。它几乎完全 吸收入射幅射。通过小孔进去的光线碰到内表面
•时 吸 机一 一部 收 会个个分 和 再吸带吸部从收分小收小，漫孔全孔部反中部的分 射 出入空漫 来…射腔反 。…射线可，，的视只反表为有射很面黑光小线称体部再为表分次黑面入被体射。部光表分它有面几。 乎完全吸收入射幅射。通过小孔进去的光 线碰到内表面时部分吸收，部分漫反射， 反射光线再次被部分吸收和部分漫反 射……, 只有很小部分入射光有机会再从小 孔中出来。如图1-1所示。
波长间隔上发
射的功率曲
Wien（维恩）曲线
Rayleigh-Jeans（瑞 利－金斯）曲线
线。十九世纪
末，科学家们
对黑体辐射实
验进行了仔细 测量，发现辐 实验曲线
射强度对腔壁
温度 T黑的体依辐赖射能量分布曲线
波长
关系。
• 经典理论无论如何也得不出这种有极大值的曲 线。
• ⑸ 能量量子化–1900 Planck：
⑶黑体辐射：加热时，黑体能辐射出各种波长 电磁波的现象。
⑷ 经典理论与实验事实间的矛盾： 经典电磁理论假定，黑体辐射是由黑体中
带电粒子的振动发出的，按经典热力学和统计 力学理论，计算所得的黑体辐射能量随波长变 化的分布曲线，与实验所得曲线明显不符。
• 黑体辐射实验结果
右图表示
在四种不同的
温度下，黑体 单位能面量积单位
• 黑体辐射能量做简谐振动，只发射或吸收频率 为ν ν、数值为ε= h ν的整数倍的电磁能，发 射能量可以等于0 h ν，1 h ν，2 h ν，…， n h ν（n为整数）。
• 黑体辐射频率为ν的能量，其数值是不连续的， 只能是hv的整数倍即能量量子化。
• h为新的物理常数，后人称为普朗克常数 （h=6.626×10-34J·s），这一创造性的工 作使他成为量子理论的奠基者，在物理学发展 史上具有划时代的意义。他第一次提出辐射能 量的不连续性，著名科学家爱因斯坦接受并补 充了这一理论，以此发展自己的相对论，波尔 也曾用这一理论解释原子结构。量子假说使普 朗克获得1918年诺贝尔物理奖。
• •卡尔(1918～)
• 美国物理化学家50年代初豪普特曼与卡尔合 作开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的 直接计算法，为分子晶体结构测定作出了开创 性的贡献，于1985年获奖。
• 5、结构化学学习方法 • ⑴ 3+2+1原则
–3种理论：量子理论，化学键理论，点阵理 论
–3种结构：原子结构，分子结构，晶体结构 –3个基础：量子化学基础，对称性原理基础，
• ★当我们从自然界或实验室获得一种新的化学 物质时，首要的任务是测定它们的详尽结构。 结构化学还为我们分析化学物质的性质并进而 进行人工合成打下基础。
• 4、Nobel Prizes ---in structural chemistry
• •维兰德(1877～1957)
• 德国化学家1924年测定了胆酸及多种同类物 质的化学结构，于1927年获奖。胆酸存在于 动物胆汁中，在人体内帮助油脂的水解和吸收， 降低血液中胆固醇含量。
结晶化学基础
–2个因素：电子因素，空间因素 –1条主线：结构决定性能，性能反映结构 • ⑵ 理解为主，记忆为辅（预习---复习---总 结)
• ⑶具体方法 • 认真做好课堂笔记，为掌握知识奠定基础。 • 尽可能不缺课，保持学习的系统性。 • 6、教学安排 • 60学时，3学分。
–评定成绩办法: 总评成绩= 期末考×80% + 平时成绩×20%
–讲授办法：授课+ 自学 • 考试方式：闭卷。
• 7、教材和参考书目
• •周公度、段连运：《结构化学基础》，北京大 学出版社，2008年，第四版。
• •徐光宪、王祥云：《物质结构》，高等教育出 版社，1987年，第二版。
• •潘道皑、赵成大和郑载兴：《物质结构》，高 等教育出版社，1989年，第二版．
结构化学
内蒙古民族大学大学化学化工学院
• 绪论
• 1、结构化学
• 用化学手段和方法研究物质结构的科学称为结 构化学，又叫物质结构。
wk.baidu.com• 2、研究对象
• 结构化学是研究原子、分子和晶体的微观结构， 研究原子和分子运动规律，研究物质的结构和 性能关系的科学。
• 3、结构化学的作用
• ★1998年诺贝尔化学奖获得者Kohn和 Pople认为：“量子化学已经发展成为广大化 学家所使用的工具，将化学带入一个新时代， 在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨 分子体系的性质。化学不再是纯粹的“实验科 学”了。
• • D.霍奇金(1910～1994)
• 英国女化学家1933至1956年用X射线衍射 法测定了胆固醇、维生素B12、青霉素等生物 化学物质的分子结构。于1964年获奖。
• • chemistry赫兹伯格(1904～1999)
• 加拿大物理化学家1928至1971年运用光谱 学阐明了多种分子的电子结构与运动，特别是 在自由基的研究中取得了卓越成就，促进了物 理化学、量子化学、天体物理学的发展。于 1971年获奖。
• •H.费舍尔(1881～1945)
• 德国化学家1921至1929年测定了血红素结 构，指出血红素参与生物体内氧的输送； 1927至1939年确定了叶绿素的分子结构。 于1930年获奖。
• •德拜(1884～1966)
• 美国物理化学家1914年将X射线衍射技术用 于测定化合物晶体的分子结构。此法的推广和 应用，大大促进了结构化学的发展。于1936 年获奖。